Obtención de Bromuro de n-Butilo
José Antonio Carmona González (Clave 3) Facultad de Química UNAM Universidad Nacional Autónoma de México
Resumen
Se llevo a cabo obtención de un halogenuro de alquilo(bromuro de n-butilo) a partir de un alcohol primario mediante una reacción de sustitución nucleofílica biomolecular, así como también se logró comprender el porqué de utilizar cierto tipo de disolventes para favorecer la reacción para la mejor salida de los grupos salientes y al mismo tiempo el ataque del reactivo nucleófilo en este tipo de reacciones ya que las reacciones de sustitución nucleofílica dependen de varios factores como el tipo de disolvente, la estructura molecular de los reactivos, la temperatura( que es un medio), etc. Y en el caso de las reacciones nucleofílicas por el mecanismo S N2 siempre se llevan a cabo en alcoholes primarios, nunca por SN1 ya que forman estructuras muy inestables por la S N1, en cambio por la SN2 da el paso apropiado para llevar a cabo la reacción observando en el matraz 2 fases. Introducción
La conversión de alcoholes en haluros de alquilo se puede efectuar por varios procedimientos. Con alcoholes primarios y secundarios se usan frecuentemente cloruro de tionilo o haluros de fósforo; también se pueden obtener calentando el alcohol con ácido clorhídrico concentrado y cloruro de zinc anhidro, o usando ácido sulfúrico concentrado y bromuro de sodio. Los alcoholes terciarios se convierten al haluro de alquilo correspondiente sólo con ácido clorhídrico y en algunos casos sin necesidad de calentar. Cuando los alcoholes se calientan en presencia de cantidades catalíticas de ácidos experimentan una reacción de deshidratación que los convierte en alquenos. Esta reacción es un equilibrio entre los reactivos (el alcohol de partida) y los productos (el alqueno y el agua). Para impulsar el equilibrio hacia la derecha es necesario eliminar el alqueno o el agua a medida que se van formando. Esto se consigue mediante la destilación del alqueno, más volátil que el alcohol porque no puede formar puentes de hidrógeno, o mediante la adición de un agente deshidratante que elimine el agua a medida que ésta se va generando. Por ejemplo, el ciclohexeno se obtiene a partir del ciclohexanol mediante calentamiento en presencia de H 3PO4 de H2SO4 en un sistema de destilación. Como el ciclohexeno es más volátil que el ciclohexanol se va eliminando de la mezcla de reacción y de este modo el equilibrio del proceso se va desplazando hacia la derecha.
La protonación del grupo hidroxilo lo convierte en un buen grupo saliente. La eliminación de agua en el alcohol protonado genera un carbocation .El paso que determina la velocidad del proceso es el de la formación del carbocatión y por tanto la facilidad de deshidratación de alcoholes en medio ácido sigue el mismo orden que el estabilidad de los carbocationes .Un alcohol también se puede transformar en un alqueno en medio básico. En este caso no se produce la protonación del grupo hidroxilo y para convertir a éste en un buen grupo saliente hay que transformarlo en un éster de ácido sulfónico (un tosilato (Ts) o un mesilato (Ms)). Una vez convertido el alcohol en tosilato o mesilato, la olefina se obtiene por calentamiento de estos ésteres en presencia de una base.
Objetivo
Obtener un halógeno correspondiente.
de
alquilo
primario
a
partir
del
alcohol
Objetivo Químico
Obtención de un haluro de alquilo primario a partir de un alcohol primario mediante una reacción de sustitución nucleofílica S N2
Hipótesis En una reacción de sustitución nucleofílica biomolecular al utilizar cierto tipo de disolventes se favorecer la reacción para la mejor salida de los grupos salientes y al mismo tiempo el ataque del reactivo nucleófilo en este tipo de reacciones.
Método
En un matraz de fondo plano se colocó 3 g de bromuro de sodio en 2.5 mL de agua y 2.9 mL de n-butanol. Se mezcló perfectamente con agitación magnética. Al disolverse el bromuro de sodio, se adaptó el refrigerante en posición de reflujo. Se enfrió el matraz en un baño de hielo-agua y pasados unos minutos se adicionó por la boca del condensador 3 mL de ácido sulfúrico concentrado muy lentamente. Terminada la adición, se retiró el matraz del baño de hielo-agua y se adaptó una trampa de gases con sosa, como se muestra en la fig. 1. Se calentó suavemente y se agitó constantemente, hasta obtener un reflujo moderado. Se empezó a notar la reacción con la aparición de dos fases, siendo la superior la que contiene el bromuro de n-butilo. Se dejó durante 30 minutos bajo estas condiciones, se enfrío ligeramente y se colocó un aparato para destilación simple. Se calentó y destilo rápidamente, el
destilado se obtuvo en un recipiente enfriado en baño de hielo, se calentó hasta que el destilado era claro y no contenía gotas aceitosas. Lo destilado se colocó en un embudo de separación, se agregó agua para lavarlo, observando que el bromuro quedaba en la parte inferior. Se transfirió el bromuro de n-butilo húmedo a un matraz Erlenmeyer y se secó con sulfato de sodio anhidro; después este se decantó a un matraz de bola de 25 mL y se destiló a 80-90°C en un recipiente previamente pesado.
Resultados
La densidad reportada por el bromuro n-butilo es 1.276, y se obtuvo
El reactivo limitante fue el butanol, su densidad reportada del n-butanol es 0.810
O H
O
O
S
O
H
H
O
O
S
-
O
+
+
H
O
H H3C
OH
H
+
+
+
H
O
H3C
-
Br H3C
O
+
H
H
H3C
Br
+
H2O
+
NaHSO 4
Discusión
El ácido sulfúrico se disocia en la solución y es quien da el protón para unirse con el alcohol para dar la formación de agua y así el HSO 4 - se una con el potasio para dar sulfato ácido de potasio. La reacción primaria es una reacción ácido-base donde el alcohol y el ácido reaccionan y es una reacción rápida, de esta manera se da la salida de esta molécula y da paso a la entrada del bromo proveniente del bromuro de potasio (esta reacción es lenta) quedando así como productos bromuro de nbutilo, agua y sulfato ácido de potasio. Se calcularon los moles obtenidos a partir de que se hizo la medición del volumen final del producto a partir de la destilación realizada para eliminar impurezas, donde se obtuvo 1.55ml de bromuro de n-butilo, por lo tanto el rendimiento que obtuvimos fue del 30.75%. Este porcentaje fue muy pequeño posiblemente debido a que no terminó de reaccionar completamente la reacción o que en las separaciones de fases realizadas en el embudo de separación posiblemente pudo haberse perdido muestra también. El enlace C-Br se encuentra en el rango de 800-560 cm -1 y en el grafico se puede observar un pico 562.13 cm -1 y 643.78 cm -1 uno de estos puede ser el C-Br, ya que el pico 740.44 cm -1 es el CH2 de oscilación y el 1380 cm -1es CH3 de oscilación. En 1464.53 cm -1 es CH2 de tijera y los picos que andan antes
de 3000 cm -1 son el estiramiento del C-H y en el pico del IR del alcohol se puede observar en 3347 cm -1 el estiramiento del O —H Conclusiones
Por medio de esta práctica se observó y aprendió a realizar la obtención de un halogenuro de alquilo(bromuro de n-butilo) a partir de un alcohol primario mediante una reacción de sustitución nucleofílica bimolecular, así como también se logró comprender él porque de utilizar cierto tipo de disolventes para favorecer la reacción para la mejor salida de los grupos salientes y al mismo tiempo el ataque del reactivo nucleófilo en este tipo de reacciones ya que las reacciones de sustitución nucleofílica dependen de varios factores como el tipo de disolvente, la estructura molecular de los reactivos, la temperatura, etc. Y en el caso de las reacciones nucleofílicas por el mecanismo S N2 siempre se llevan a cabo en alcoholes primarios, nunca por S N1 ya que forman estructuras muy inestables por la SN1, en cambio por la S N2 da el paso apropiado para llevar a cabo la reacción. Referencias bibliográficas
Wade, L.G. Jr., Química Orgánica, Volumen II, 2ª. Edición, México, Ed. Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. de C.V., 1993. http://organica1.org/1407_8/1407_6b.pdf Morrison, R.T.y Boyd, R.N., Química Orgánica, Fondo Educativo Interamericano, S.A., México, 1992
